Автор — Шарль Блуен
Динамометричні стенди — чудові інструменти вимірювання характеристик двигунів. Прикладаючи контрольоване навантаження, вони визначають крутний момент, оберти й потужність.
Але чи це єдиний спосіб отримати повне уявлення про роботу двигуна?
Ми хотіли з’ясувати, чи можна побудувати карту характеристик без традиційного гальмівного динамометра, використовуючи стенд тяги з пропелером як навантаженням.
Забігаючи наперед: так, можна.
Зміст:
Експериментальна установка
Карта споживаної потужності
Карта ККД двигуна
1. Експериментальна установка
Ми використали Flight Stand 15 для вимірювання крутного моменту, обертів, потужності та інших параметрів.
На двигун по черзі встановили шість пропелерів різних марок як навантаження. Їхні діаметри:
11 дюймів
16 дюймів
18 дюймів
22 дюйми
26 дюймів
30 дюймів
Рисунок 1. Стенд Flight Stand із досліджуваним двигуном і пропелерами
Ми запрограмували ступінчасте випробування з десятьма рівнями газу від 1 150 до 2 000 мкс і повторили його для кожного пропелера.
Дані записували в Flight Stand, а потім експортували в CSV.
Карти створювали в блокноті Google Colab із Python. Код можна переглянути й адаптувати до власних файлів вимірювань. Для цього використовуйте такі самі одиниці й назви стовпців, як в експортованому файлі, або змініть код під свої одиниці.
Рисунок 2. Автоматизоване ступінчасте випробування у Flight Stand
2. Карта споживаної потужності
Графік показує чотири змінні. Вісь X — оберти, вісь Y — крутний момент у Н·м. Контури — модельована потужність. Точки відповідають реальним вимірюванням, а їхній колір — різниці між вимірюванням і моделлю.
Для моделювання електричної потужності використали поліном третього порядку. Прогноз показано кольоровими ділянками з кроком 25 Вт.
Колір точок відображає похибку між прогнозом і виміряною електричною потужністю у ватах. Максимальна похибка — 0,8 Вт за виміряних 150 Вт, або 0,5%.
Рисунок 3. Карта споживаної потужності двигуна
Рекомендуємо: Аналіз потужності та ККД двигуна BLDC
3. Карта ККД двигуна
Карту ККД нижче отримали з карти потужності попереднього розділу.
Кожна кольорова ділянка відповідає прогнозованому ККД із кроком 2%.
За дуже низького ККД, <50%, похибка сягала 3 відсоткових пунктів, що очікувано через малі потужність і момент. За вищого ККД, типового для польоту, похибка була значно меншою: <1 відсоткового пункту в діапазоні 74–86%.
Рисунок 4. Карта ККД двигуна
Висновок
Побудувати карту потужності й ККД без традиційного гальмівного динамометра справді можливо. Ми використали дані Flight Stand і поліном третього порядку для моделювання споживання та ККД. Карти дають змогу прогнозувати характеристики ще не випробуваних конфігурацій.
Докладніше про визначення характеристик двигуна читайте в статті «Як і навіщо вимірювати крутний момент двигуна»